Tweezijdige zonnepanelen: meer energie en meer toepassingen

Elektriciteitskosten verlagen

Tweezijdige zonnepanelen kunnen de elektriciteitskosten enorm verlagen. Zo produceren pv-installaties of -projecten bijvoorbeeld dezelfde hoeveelheid elektriciteit op een kleiner dakoppervlak. Ook zijn er minder pv-modules en systeemcomponenten op hetzelfde grondvlak nodig waardoor er meer licht en regenval voor bijvoorbeeld ecologie beschikbaar blijft.

Toepassingen van tweezijdige zonnepanelen

Een tweezijdig pv-paneel bestaat in het algemeen uit 120 tot 144 zonnecellen. Deze zonnecellen hebben een bijna identiek metalen contactpatroon aan voor- en achterzijde, waarbij aan beide kanten meer dan 95 procent van het oppervlak tussen de metaallijntjes beschikbaar is om licht op te vangen in de zonnecel.

Tweezijdige panelen worden geïnstalleerd in standaard zonneparken, maar ook in marktsegmenten die nog in opkomst zijn. Denk aan toepassingen in een balustrade voor balkon, terras of tuin of een zonneraam. Of drijvende zonnepanelen op open water of in gecombineerde hydro- en aquacultuurbedrijven.

Een andere toepassing is in combinatie met zonvolgsystemen waarbij je de meeropbrengst van het zonvolgsysteem en die van de tweezijdige panelen zo goed als op kunt tellen. Deze laatste optie biedt ook veel mogelijkheden om de instraling onder en tussen de panelen te variëren. Ideaal in combinatie met landbouw of natuurbeheer.

Energieopbrengst voorspellen met BIGEYE

Om voor elke partij een precieze voorspelling van de energieopbrengst van een pv-systeem met tweezijdige modules te maken, ontwikkelden we BIGEYE. Dit is een erg geavanceerd, en voor zover wij weten het meest complete simulatiemodel voor een pv-systeem. Met BIGEYE zijn we in staat om pv-systemen met elke configuratie en op elke locatie de elektriciteitsopbrengst te simuleren. Met weer- en omgevingsdata berekenen we de elektriciteitsproductie per uur, dag, maand of jaar.

Voor pv-installateurs, projectontwikkelaars en systeemeigenaren is het heel waardevol om een precies energieopwekkingsprofiel te hebben. Zo kunnen ze optimale verbindingen verzorgen met het lokale, nationale en wereldwijde elektriciteitsnet. Daarnaast helpt BIGEYE om pv-systemen zo te ontwerpen dat de stroomopwekking beter aansluit bij de dagelijkse behoefte. Bijvoorbeeld door in de ochtend of middag de opwekking te verhogen.

Thermisch model getest met digital twin

Nieuwe toepassingen van zonne-energie worden vaak gezien als een simpele uitbreiding van standaard zonneparken. Maar als het ontwerp van een zonnepark anders is, kunnen de omstandigheden voor de zonnepanelen ook veranderen.

Om te onderzoeken hoe verschillende ontwerpen de prestaties van zonnepanelen beïnvloeden, hebben we een digital twin gebruikt op een R&D-locatie met negen rijen dubbelzijdige zonnepanelen in een verticale oost/west opstelling.

Op basis van deze vergelijkingen hebben we afgeleid dat de verticale PV-panelen bij een lagere temperatuur werken dan verwacht voor standaard vrijstaande PV. Ook toonden we aan dat de verwachte jaarlijkse energieopbrengst 2,5% hoger is vanwege de lagere bedrijfstemperatuur.

De inzichten uit dit onderzoek met verticale zonnepanelen (pdf) (Engelstalig) helpen bij het ontwerpen van betere verticale PV-systemen en ondersteunt beslissingen, bijvoorbeeld in de landbouw.

Kennis en technologie

Onze experts werken aan verschillende nieuwe bifaciale zonnecelconcepten met als doel het rendement te verhogen en gelijktijdig de fabricagekosten te verlagen. Een van de succesvol ontwikkelde bifaciale celconcepten is de industriële versie van de zogenaamde TOPCon-zonnecel. Deze cel heeft speciale oppervlaktelagen aan de achterzijde, waaronder een zeer dunne oxide en polysiliciumlaag. Deze structuur gaat de verliezen aan het oppervlak tegen.

Dit celconcept ontwikkelden we in samenwerking met onder andere Tempress Systems binnen diverse subsidieprojecten en in enkele commerciële projecten. Inmiddels is deze technologie omarmd door de industrie en worden in productie celefficiënties van meer dan 25 procent gehaald.

In een van de nieuwste tweezijdige celconcepten, de zogenaamde heterojunctie-zonnecel, worden aan het oppervlak van de cel zeer dunne laagjes van amorf silicium en metaaloxides gebruikt. Deze worden aan beide zijden toegepast en hebben betere kwaliteit dan die in de TOPCon-cel. Ze zijn ook veel transparanter dan de laagjes aan de achterzijde van de TOPCon-cel, waardoor het zonlicht optimaal de zonnecel in komt.

De tweezijdige werking van de zonnecel kan dan ook flink verbeterd worden. Terwijl de productie in potentie eenvoudiger en dus goedkoper is. Dit concept is in ontwikkeling in samenwerking met partners in het SolarNL Groeifonds-project, waaronder het bedrijf MCPV. MCPV streeft ernaar met deze technologie competitieve zonnecellen in Nederland te maken met meer dan 25 procent rendement. Dit type zonnecel is ook een zeer geschikte basis om met op perovskiet gebaseerde zonnecellen te combineren tot bifaciale zogenaamde ‘tandem’ zonnepanelen met nog hogere rendementen, van boven de 30%.

In het Horizon project IBC4EU werken we aan tweezijdige zonnepanelen op basis van achterzijdecontactcellen van het IBC-type. Een glasplaat wordt gebruikt als doorzichtige achterzijde waarop geleidende metaallijnen zoals zilver zijn gezeefdrukt. De cellen worden met behulp van pick and place robots op deze glasplaat geplaatst. De achterzijdes van de cellen worden elektrisch verbonden met de metaallijnen door middel van geleidende lijm of een lage temperatuur soldeer. Het rendement van deze IBC cellen met zonlicht op de achterkant 85% bedraagt van het rendement met dezelfde hoeveelheid licht op de voorkant; dit noemen we de bifaciality factor.

We hebben, als proof of concept, aangetoond dat bij het maken van een minimodule van 4 cellen er geen verliezen van de prestatie aan de achterzijde optreedt, de bifaciality factor van de minimodule blijft 85%. IBC-cellen hebben van alle silicium zonnecelconcepten de potentie om het hoogste rendement te bereiken. Met deze industrieel toepasbare moduletechnologie kan de toepasbaarheid aanzienlijk verhoogd worden.